Current-induced magnetization control in dipolar-coupled nanomagnet pairs and artificial spin ice
ETH Zurich（苏黎世联邦理工学院）；PSI Center for Neutron and Muon Sciences（保罗谢尔研究所中子与μ子科学中心）；University of Salamanca（萨拉曼卡大学）；Universidad de Salamanca（萨拉曼卡大学）
研究通过电流诱导自旋轨道扭矩控制纳米磁体磁化方向，揭示电流方向与磁体取向关系对切换阈值的影响，为可编程磁控提供新方法。
2026-01-23 cond-mat.mes-hall
Dynamic Error in Strain Induced Magnetization Reversal of Nanomagnets due to Incoherent Switching and Formation of Metastable States: A Size-dependent Study
用应变调制磁致伸缩纳米磁体的应力各向异性提供了一种极其节能的磁化反转方法。然而，反转过程通常是不相干的，因此在室温下存在热噪声时容易出错。在纳米磁体的潜在景观中不相干的亚稳态的出现可以进一步加剧误差。随机微磁模拟在室温下被用来理解和计算能量耗散和开关错误的概率，在这个重要的磁化开关方法。我们发现，这些数量有一个有趣的依赖纳米磁体的大小：小的纳米磁体表现更好，由于事实上，他们是更有弹性的形成亚稳态和磁化动力学在他们更连贯。然而，对于固定的应力各向异性能量密度，较小的纳米磁体也将具有较差的抵抗热不稳定性的弹性。因此，应变电子学的挑战是通过开发产生最大磁致伸缩的材料和工艺来最大化应力各向异性能量密度。
2016-07-25 cond-mat.mes-hall
Experimental demonstration of complete 180 degree reversal of magnetization in isolated Co-nanomagnets on a PMN-PT substrate with voltage generated strain
用电压产生的应力/应变旋转形状各向异性磁致伸缩纳米磁体的磁化比大多数其他磁化旋转方案消耗少得多的能量，但是其在非易失性磁存储器中写入位的应用受到应力/应变基本上不能将磁化旋转完整180度的阻碍。通常，应力/应变可以使形状各向异性的椭圆形纳米磁体的磁化旋转仅高达90度，导致不完全的磁化反转。最近，我们预测，沿着与椭圆形纳米磁体的长轴或短轴不共线的两个不同轴顺序施加单轴应力将使磁化旋转整整180度。在这里，我们在室温下在椭圆形Co纳米磁体（在压电衬底上制造）中演示了这种完整的180度旋转。这两个应力通过顺序地向放置在衬底上的两对短路电极施加电压来产生，使得连接一对中的电极的中心的线以约+30度与纳米磁体的主轴相交，并且连接另一对中的电极的中心的线以约-30度相交。已经进行了有限元分析，以确定当一对或两对电极被激活时纳米磁体下方的应力分布，并且这已经近似地并入磁化动力学的微磁模拟中，以确认所产生的应力可以产生所观察到的磁化旋转。这一结果预示着一种极其节能的非易失性“应变”存储器技术，该技术基于在具有电产生应力的纳米磁体中写入位。
2016-12-31 cond-mat.mes-hall
Reversible strain-induced magnetization switching in FeGa nanomagnets: Pathway to a rewritable, non-volatile, non-toggle, straintronic memory cell for extremely low energy operation
纳米磁体的磁化在两个稳定或亚稳态之间的可逆应变子切换有望实现超节能的非易失性存储器。在这里，我们报告的应变诱导磁化开关在约300 nm大小的FeGa纳米磁体划定的压电PMN-PT基板。跨衬底施加的一个极性的电压在纳米磁体中产生压缩应变并将其磁化切换到一种状态，而相反极性的电压产生拉伸应变并将磁化切换回原始状态，从而导致“非切换”切换。这两种状态可以对两个二进制位进行编码，并且使用正确的电压极性，可以确定性地写入任一位。
2015-06-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Field-tunable stochasticity in the magnetization reversal of a cylindrical nanomagnet
利用时间分辨磁电阻测量技术研究了孤立圆柱形纳米磁体的磁化反转特性。我们发现，反转模式是高度随机的，发生在多模式或单步切换。有趣的是，随机性被发现依赖于驱动磁场的纳米线的长轴，其中主要是多模切换让位于单步切换行为的字段方向是从平行旋转到横向相对于纳米线轴的对齐。
2010-11-05 cond-mat.mes-hall
Energy dissipation and switching delay in spin-transfer torque switching of nanomagnets with low-saturation magnetization in the presence of thermal fluctuations
在形状各向异性单畴纳米磁体的自旋转移矩驱动的磁化切换中减小切换电流和能量耗散的常见策略是采用具有低饱和磁化强度$M_s$和高形状各向异性的磁体。高形状各向异性补偿低$M_s$以保持静态切换错误率恒定。然而，这种策略增加了开关延迟，其在热噪声存在下的方差，以及动态开关错误率。使用随机Landau-Lifshitz-Gilbert方程与随机转矩仿真热噪声，我们表明，在开关过程中泵入一些多余的自旋极化电流到纳米磁体将保持平均开关延迟和它的方差不变，因为我们减少$M_s$，同时仍然减少能量耗散显着。
2011-12-03 cond-mat.mes-hall
Signatures of Chaos in Thermal Switching of Nanomagnets
研究了微波外场作用下纳米颗粒的热激活磁化动力学。结果表明，在足够强的微波激励下，鞍型异宿连接附近可能出现混沌磁化动力学，这种异宿混沌是导致稳定磁化状态周围安全盆被侵蚀的原因.侵蚀现象，然后连接到从周围的稳定平衡的能量阱的逃逸问题。结果表明，逃逸时间服从广义Arrhenius定律，并与温度、微波场振幅、频率和异宿混沌阈值有关。
2016-10-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.other
Switching the magnetization of magnetostrictive nanomagnets from single-domain to non-volatile vortex states with a surface acoustic wave
我们报道了用从叉指电极发射的表面声波（SAW）操纵在体128° Y切割的钛酸锂上描绘的椭圆形钴磁致伸缩纳米磁体（标称尺寸~ 340 nm x 270 nm x 12 nm）的磁状态。最初被磁化为具有沿着椭圆的长轴指向的磁化的单畴状态的隔离的纳米磁体被调制这些纳米磁体的应力各向异性的表面声波驱动成涡旋状态。纳米磁体保持在涡旋状态，直到它们被强磁场复位到初始单畴状态，使得涡旋状态非易失性。这一现象是建模和解释使用微磁框架，并可能导致非常节能的磁化切换方法的发展。
2016-01-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Tailoring magnetization reversal of a single-domain bar nanomagnet via its end geometry
纳米级单畴条形磁体是各种基础和应用介观磁系统的构建块，例如人工自旋冰，磁性形状变形微型机器人以及磁性多数逻辑门。棒状纳米磁体的磁化反转转换场是决定其构成的人工系统的物理性质和功能的关键参数。以前的方法在调整的条形纳米磁体的磁化反转开关场通常依赖于修改其纵横比，如其长度，宽度和/或厚度。在这里，我们表明，一个酒吧纳米磁体的开关场饱和时，延长其长度超过一定的值，防止通过纵横比的磁化反转的进一步定制。我们展示了高度可调的开关场的酒吧nanomagent通过剪裁其端部的几何形状，而不改变其大小。这提供了一种简单的方法来控制单畴条形纳米磁体的磁化反转。这将使新的研究和/或应用，如设计人工自旋冰与额外的调谐参数，工程磁性微型机器人具有更大的灵活性，以及开发磁量子点元胞自动机系统的低功耗计算。
2021-04-08 cond-mat.mes-hall
A Dzyaloshinskii-Moriya Anisotropy in Nanomagnets with in-plane Magnetization
我们报告了一个新的来源，由于存在的Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用的纳米磁体的面内各向异性。该各向异性取决于磁体的形状，并且与退磁形状各向异性正交。这种效应源于由于垂直于磁化方向的边缘处的自旋的面外倾斜而导致的自旋能量减少。我们的研究结合实验，数值和分析结果表明，这种能量减少可以补偿退磁形状各向异性能量的细长形状的磁铁，只要它们的体积是足够小的，因此，它们的磁化准均匀。
2015-08-12 cond-mat.mes-hall
Quantum Tunneling of Magnetization in a Large Molecular Nanomagnet -- Approaching the Mesoscale
Mn 30分子团簇是迄今为止发现的最大的单分子磁体。磁化强度与磁场的测量表明，在低温下的矫顽磁场约为0.5 T。磁化强度衰减实验揭示了Arrhenius行为和0.2 K以下与温度无关的弛豫，诊断了磁化强度通过各向异性势垒的量子隧穿。量子挖孔方法用于建立共振量子隧穿。这些结果表明，体积为15 nm^3、尺寸接近中尺度的大分子纳米磁体仍然可以表现出微观尺度的量子物理学。
2003-06-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Thermally activated magnetization reversal in a FeCoB nanomagnet. High-precision measurement method of coercive field, delta, retention time and size of nucleation domain
利用Néel模型研究了FeCoB纳米磁体的热激活磁化翻转特性。提出了一种高精度测量矫顽场、保留时间、Δ和开关成核畴尺寸的方法，并使用霍尔探针装置进行了实验验证。该方法具有测量精度高、重复性好、可靠性高等特点。研究了热激活磁化开关参数与栅压和偏置电流的关系。
2020-02-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spatial magnetization profile in spherical nanomagnets with surface anisotropy: Green's function approach
本研究利用格林函数方法推导了具有表面各向异性的球形纳米磁体的空间磁化分布半解析解，并通过对方向立体角平均以适配小角磁性中子散射实验，为理解尺寸与表面各向异性对纳米磁体磁化构型的影响提供了理论预测。
2023-09-12 cond-mat.mes-hall
Metastable state in a shape-anisotropic single-domain nanomagnet subjected to spin-transfer-torque
我们预测在单轴形状各向异性的单畴纳米磁体中存在一个新的亚稳磁化状态。当一个自旋极化电流，传递一个自旋转移力矩，被注入纳米磁体时，它就出现了。它可以捕获磁化矢量，并防止自旋转移矩从沿易磁化轴的一个稳定状态切换到另一个稳定状态。在一定阈值电流以上，不再出现亚稳态。这对于基于自旋转移矩的磁存储器和逻辑系统具有重要的技术后果。
2011-12-03 cond-mat.mes-hall
Sensitivity of the Power Spectra of Magnetization Fluctuations in Low Barrier Nanomagnets to Barrier Height Modulation and Defects
具有热能量级的小形状各向异性能垒的纳米磁体具有随时间随机波动的不稳定磁化。它们最近已经成为随机计算和机器学习的有前途的硬件平台，因为随机磁化状态可以用于概率比特。在这里，我们已经研究了磁化波动的统计（例如功率谱密度）如何受到（i）纳米磁体的势垒高度的适度变化和（ii）结构缺陷的存在的影响，以评估计算平台的鲁棒性。我们发现，功率谱密度是相对不敏感的温和的势垒高度的变化，也相对不敏感的存在下，小的局部缺陷。然而，扩展（离域）缺陷，如厚度变化的纳米磁体的一个显着的分数，影响功率谱密度非常显着。因此，形状的小变化（导致势垒高度的小变化）或小的局部缺陷是相对无害和可容忍的，但纳米磁体厚度的显著变化不是。因此，对于随机计算应用，必须保持对纳米磁体厚度的严格控制。
2019-05-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech
Comment on 'Pulsed field studies of the magnetization reversal in molecular nanomagnets'
在最近的论文cond-mat/0404041中，J. Vanacken等人报道了在扫描速率高达4000 T/s的脉冲磁场中Mn 12-ac分子纳米磁体晶体的实验研究。观察到磁化曲线中的台阶。用集体偶极弛豫解释了这些数据。我们在这里给出一个替代的解释，是基于缺陷分子（更快的放松物种）引发的热雪崩。这些物种总是存在于Mn 12-ac分子纳米磁体中。我们提出了一个简单的方法来测试这种解释。请注意，我们并不怀疑自旋-自旋相互作用所产生的集体效应的可能性。
2004-05-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Magnetization reversal of dipolar coupled nanomagnets studied by two-dimensional electron gas based micro-Hall magnetometry
我们在这里报告的结果二维电子气为基础的微霍尔磁强计测量和微磁模拟的偶极耦合纳米磁体的Ni80Fe20安排在一个双环状的几何形状。我们观察到，虽然磁力显微镜图像表现出单畴一样的纳米结构的磁性状态，其反转过程可能会经历复杂的行为。这种反转行为的细节被观察到的具体功能，在微霍尔磁力数据比较以及与微磁模拟数据。
2019-12-31 cond-mat.mes-hall
Electric field control of magnetic states in isolated and dipole-coupled FeGa nanomagnets delineated on a PMN-PT substrate
我们报道了在压电PMN-PT衬底上描绘的椭圆形FeGa纳米磁体中观察到的“非挥发性”逆磁电效应。纳米磁体最初用沿其标称主轴定向的磁场磁化，随后在衬底上施加电场在衬底中产生应变，该应变部分地转移到纳米磁体并将其中一些的磁化旋转到亚稳取向。在磁场被移除后，它们仍然存在，导致“非波动性”。在隔离的纳米磁体中，初始磁化方向和最终磁化方向之间的角间隔< 90度，但是在由一个“硬”纳米磁体和一个“软”纳米磁体组成的偶极耦合对中，由于硬纳米磁体的偶极影响，软纳米磁体的磁化从初始取向旋转> 90度。这些效应可用于超节能逻辑和存储器设备。
2015-06-20 cond-mat.mes-hall
Magnetization reversal condition for a nanomagnet within a rotating magnetic field
从Landau-Lifshitz-Gilbert方程出发，研究了微波旋转磁场作用下纳米磁体的磁化反转条件。在旋转坐标系中，微波产生指向相反方向的直流磁场，其在能量上稳定了反转状态。我们发现，微波同时产生一个扭矩防止逆转。它指出，该扭矩导致在反转字段中的频率的跳跃。我们推导出的方程，确定在低和高频率区域的能量平衡方程的反转字段。通过与Landau-Lifshitz-Gilbert方程数值模拟结果的比较，验证了公式的正确性.
2014-07-26 cond-mat.mes-hall
Quantum Dynamics of a Nanomagnet driven by Spin-Polarized Current
纳米磁体的磁化动力学的量子理论是每个电子自旋与磁化的宏观自旋状态的散射序列，导致每次遇到与电子的每个外出状态相关联的磁化反冲状态的概率分布。自旋转移力矩的经典结果和波动引起的量子磁化噪声和可追溯到电流噪声的附加噪声。
2011-06-13 cond-mat.mes-hall quant-ph
Large cone angle magnetization precession of an individual nanomagnet with dc electrical detection
我们展示了一个单独的纳米坡莫合金元素的大锥角磁化旋进的片上共振驱动。强驱动是通过将元件定位在靠近共面条形波导的短路端来实现的，共面条形波导产生微波磁场。我们使用微波频率调制的方法来精确地测量直流各向异性磁电阻的谐振变化。以优于1度的分辨率确定高达$9^{0}$的进动锥角。共振峰的形状由Landau-Lifshitz-Gilbert方程很好地描述。
2006-09-08 cond-mat.mes-hall
Controlling degeneracy and magnetization switching in an artificial spin ice system of peanut-shaped nanomagnets
利用大量的数值模拟，我们探讨了由花生状纳米磁体组成的二维人工自旋冰（ASI）系统中的磁化翻转。我们还研究了外加磁场对系统磁态简并度的影响。开关场被发现是一个订单较小的建议ASI系统与花生形纳米磁体相比，传统上使用的高度各向异性的纳米岛，如椭圆形纳米磁体。亚稳态2-in/2-out（II型）磁状态在剩磁处是稳健的。我们还能够通过仔细改变外部磁场来获得对应于II型磁结构的其他可能的微观状态。这意味着人们可以通过施加适当的磁场来控制磁态的简并度。有趣的是，由于去除纳米磁体引起的缺陷，磁荷中性被打破。在这种情况下，该系统似乎也有1-out/3-in或3-out/1-in（III型）自旋状态，让人想起磁自旋。我们相信，我们的研究是非常可取的背景下，开发下一代自旋电子学为基础的设备，为未来的技术。
2022-02-19 cond-mat.mes-hall
Thermally-Assisted Spin-Transfer Torque Magnetization Reversal in Uniaxial Nanomagnets
我们模拟的随机朗道-Lifshitz-吉尔伯特（LLG）的单轴纳米磁体的动态到亚毫秒的时间尺度，使用基于图形处理单元的微磁代码，并确定热辅助反转动力学的自旋电流和单轴各向异性轴之间的几何倾斜的效果。逐渐接近开关时间（$I\rightarrow 0$，$<τ>\propto\exp(-ξ(1-I)^2)$）的渐近行为，表明弹道和热辅助自旋转移反转之间的广泛交叉制度。有趣的是，平均开关时间被证明是几乎独立的自旋电流和磁体的单轴轴之间的角度。这些结果具有重要的意义，建模的自旋转移磁性随机存取存储器位单元的热辅助磁化反转的能量。
2012-05-29 cond-mat.mes-hall
Magnetization distribution in a spin ladder-shaped quantum nanomagnet
量子纳米磁体显示出有趣的位置依赖的磁性作为温度和外部磁场的函数。本文给出了由12个自旋$S=1/2$组成的两条腿的有限量子自旋梯的计算结果。我们用各向同性量子海森堡模型描述我们的系统，并使用正则系综方法对哈密顿量进行精确的数值对角化。我们的分析集中在系统中的站点依赖的磁化，呈现各种相互作用参数的磁化分布。我们广泛地讨论了温度和磁场的个别网站磁化的依赖性。有趣的行为，具有明显的非均匀性的磁化整个阶梯，被发现。
2018-09-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech cond-mat.str-el
Angular Dependent Magnetization Dynamics with Mirror-symmetric Excitations in Artificial Quasicrystalline Nanomagnet Lattices
我们报道了非周期准晶磁晶格的角度相关自旋波光谱，即，Ammann、Penrose P2和P3晶格由互连的Ni $_{80}$ Fe $_{20}$纳米棒的大阵列制成。自旋波光谱中获得的近饱和状态包含不同的组的共振特性的角度依赖性所施加的面内磁场。微磁模拟使我们能够将检测到的共振归因于具有特定镜像对称性的模式分布。在反转制度的光谱显示系统的出现和消失的自旋波模式，表明可重编程的磁振子特性。
2018-04-27 cond-mat.mes-hall
Manipulating Magnetization of a Nanomagnet by Surface Acoustic Waves: Spin-Rotation Mechanism
我们表明，嵌入在固体表面的纳米颗粒的磁矩可以切换由表面声波（SAW）在GHz的频率范围内通过一个通用的机制，不依赖于颗粒的结构和衬底的结构。它是基于表面声波引起的表面剪切变形在纳米颗粒坐标系中产生有效的交流磁场。磁化反转经由受控可变频率的表面声子的连续吸收而发生。我们推导出这个过程中的解析方程，并在实际参数范围内数值求解。
2016-01-26 cond-mat.mes-hall
Low-frequency signature of magnetization nutation in nanomagnets
本研究针对纳米磁体表面各向异性引发的磁化章动问题，建立宏观自旋解析模型推导相关频率振幅表达式，结合原子级多自旋模拟验证，发现首个章动模式频率为进动频率四倍，便于磁共振实验探测。
2024-05-23 cond-mat.mes-hall
Measurement of magnetic field induced by spin-accumulated electrons in a FeCoB nanomagnet
由于自旋霍尔效应而在纳米磁体的边界处累积的自旋感生磁场，该磁场使纳米磁体磁化偏离其易磁化轴。即使该磁场相对较小（约20高斯），如果其与磁化旋进共振地调制并且满足参数共振的条件，则其可以反转纳米磁体的磁化。因此，这种磁场可用于优化记录机制并使MRAM的记录能量最小化。提出了一种高精度测量自旋积累磁场的方法。测量了FeCoB纳米磁体中的磁场，并对其性质进行了研究。
2021-11-04 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Magnetization relaxation of interacting chains of nanomagnets
Normandie Université, UNIROUEN, INSA Rouen, CNRS, Groupe de Physique des Matériaux (UMR-6634)（诺曼底大学，鲁昂大学，鲁昂国立应用科学学院，法国国家科学研究中心，材料物理小组）；Laboratoire PROMES CNRS (UPR-8521) & Université de Perpignan Via Domitia（法国国家科学研究中心PROMES实验室（UPR-8521）& 佩皮尼昂维达多米蒂亚大学）
本文通过解析与模拟方法研究偶极耦合纳米磁体链的磁化弛豫，提出弛豫速率闭式解和双指数公式，揭示场控的均匀翻转至边缘成核的交叉机制。
2026-10-01 cond-mat.mes-hall
Stability of a Magnetically Levitated Nanomagnet in Vacuum: Effects of Gas and Magnetization Damping
在没有耗散的情况下，非旋转磁性纳米颗粒可以稳定地悬浮在静态磁场中，这是其磁化的自旋原点的结果。在这里，我们研究耗散对系统稳定性的影响，考虑与背景气体的相互作用和固有的吉尔伯特阻尼的磁化动力学。在大的应用磁场，我们确定吉尔伯特阻尼作为稳定悬浮的关键限制因素引起的磁化切换。在低施加的磁场和小颗粒尺寸的磁化切换是防止由于旋转和磁化动力学的强耦合，和稳定性主要是由气体引起的耗散的限制。在后一种情况下，高真空应该足以在实验相关的时间尺度上延长稳定的悬浮。我们的结果表明，实验观察量子自旋稳定的磁悬浮现象的可能性。
2022-05-31 cond-mat.mes-hall
Thermal Stability of the Magnetization in Perpendicularly Magnetized Thin Film Nanomagnets
当设计垂直磁化的图案化介质和磁性随机存取存储器时，理解具有垂直磁各向异性（PMA）的薄膜纳米磁体对抗热致磁化反转的稳定性是重要的。磁化反转率的前导顺序依赖性由系统需要克服以进行反转的能量势垒决定。在本文中，我们研究这些系统的反转动力学和计算相关的障碍，使用弦方法的E，范登-艾金登，任。我们发现反转往往是空间不相干的，也就是说，而不是磁化翻转作为一个刚性的单位，反转收益，而不是通过一个孤立的畴壁扫过系统。我们发现，对于正方形纳米磁性元件的能量势垒随元件尺寸增加到一个临界长度尺度，超过该尺度的能量势垒是恒定的。对于圆形元素，能量势垒继续无限地增加，尽管超过临界尺寸时会更慢。在这两种情况下的能量势垒小于预期的相干磁化反转。
2012-08-26 cond-mat.mes-hall physics.comp-ph
Stress Engineering of Thermal Fluctuation of Magnetization and Noise Spectra in Low Barrier Nanomagnets Used as Analog and Binary Stochastic Neurons
本文研究低势垒纳米磁体中的磁化热涨落，提出通过施加单轴应力将二进制随机神经元重构为模拟随机神经元，并实现噪声谱的调控，具有信号处理应用前景。
2024-07-22 cond-mat.mes-hall
Vortex-antivortex pairs induced by curvature in toroidal nanomagnets
我们表明，纳米磁体的曲率可以用来诱导手性纹理的磁化场。在与纳米磁体的几何形状和磁性行为之间的相互作用相关的现象中，最近预测了一种有效的曲率诱导的手性相互作用。在这项工作中，它示出了由两个结构组成的磁化配置具有相反的绕组数（涡旋和antivortex）出现在空心环形纳米磁体的reflections状态。结果表明，这些拓扑结构是由曲率引起的手征相互作用的结果。通过这种方式，所获得的结果提出了一种新的形式，通过使用具有可变曲率的纳米磁体来产生稳定的涡旋和反涡旋。
2017-01-06 cond-mat.mes-hall
Deterministic and stochastic aspects of current-induced magnetization reversal in perpendicular nanomagnets
本文通过唯象模型和实验测量，研究垂直纳米磁体中自旋轨道矩诱导翻转的孕育与转变时间，揭示温度介导的相关性，并用对数正态和伽马分布分别描述由单一成核势垒与多个钉扎位点导致的随机变异性。
2024-01-11 cond-mat.mes-hall
Parametric mechanism of the magnetization reversal as a low-power recording mechanism for MRAM. Measurement of spin-accumulation-induced in-plane magnetic field in a FeB nanomagnet
该研究提出参数力矩作为MRAM的低功耗记录机制，通过实验测量FeB纳米磁体中自旋积累诱导的面内磁场（25 mA/μm²时约40高斯），并解析计算验证其可实现低电流磁化反转，助力MRAM高效运行。
2025-04-15 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Thermally-Assisted Spin-Transfer Torque Magnetization Reversal of Uniaxial Nanomagnets in Energy Space
通过研究单轴巨自旋的扩散能空间动力学，解析地研究了在自旋力矩和热噪声共同作用下，单轴巨自旋的开关时间随电流变化的渐近行为.的缩放依赖性（$I\rightarrow 0$，$<τ\propto\exp(-ξ(1-I)^2)$）证实了最近的文献结果。分析表明，平均开关时间是功能独立的自旋电流和磁体的单轴轴之间的角度。这些结果具有重要的意义，建模的自旋转移磁性随机存取存储器位单元的热辅助磁化反转的能量。
2013-08-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Energy-efficient mixed mode switching of a multiferroic nanomagnet for logic and memory
在磁性存储器和逻辑器件中，磁体的磁化通常利用传递自旋转移力矩（STT）的自旋极化电流来翻转。这种切换模式消耗太多的能量，并且通过使用利用STT和利用电压（VGS）产生的机械应力的组合切换的多铁性纳米磁体可以产生相当大的能量节省。VGS模式比STT消耗更少的能量，但不能将磁化旋转超过90？，从而需要两种模式的组合来进行节能切换。
2010-12-03 cond-mat.mes-hall
Low Barrier Nanomagnet Design for Binary Stochastic Neurons: Design Challenges for Real Nanomagnets with Fabrication Defects
低势垒纳米磁体（LBM）的设计受到了广泛关注，由于热噪声，其磁化强度随时间随机变化，用于机器学习的硬件加速器二元随机神经元（BSN）。BSN的性能取决于两个重要的参数：与LBM中的随机磁化动力学相关的相关时间，以及在选定的时间内使LBM的磁化在选定的方向上稳定的自旋极化钉扎电流。在这里，我们表明，在LBM中常见的制造缺陷，使这两个参数不可预测的，因为它们是强烈敏感的缺陷。这使得具有真正LBM的BSN的设计非常具有挑战性。除非LBM在制造时有非常严格的控制，否则使用它们的BSN可能不可靠或产量很低。
2019-07-17 cond-mat.mes-hall cs.SY eess.SY
Interplay between surface anisotropy and dipolar interactions in an assembly of nanomagnets
我们研究了取向各向异性纳米磁体的单分散组装体中表面各向异性和偶极相互作用的影响之间的相互作用。我们推导出渐近公式的组装磁化考虑到温度，外加磁场，核心和表面各向异性，和偶极粒子间的相互作用。我们发现，表面各向异性和偶极相互作用之间的相互作用是很好地描述了这里导出的组装磁化的分析表达式：管理的表面和偶极贡献的两个参数的产品的整体符号决定是否内在和集体条款竞争或有协同效应的磁化。这通过低浓度极限下的$γ-Fe_{2}O_{3}$纳米颗粒组装体的磁化曲线来说明。
2013-09-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Extended Landau--Lifshitz equation for nanomagnets: a path-integral derivation of surface-induced magnetization nutation
Université de Perpignan Via Domitia, Laboratoire PROMES-CNRS (UPR 8521)（佩皮尼昂维亚马蒂亚大学，PROMES-CNRS实验室）；CEA, DAM, Le Ripault（法国原子能和替代能源委员会，DAM，勒里波）
研究纳米磁体表面诱导磁化章动问题，通过自旋相干态路径积分形式，从原子自旋哈密顿量推导有效动力学方程，经两步推导及绝热近似等处理，得到扩展朗道-里夫希茨方程，为该现象建立微观基础并提供修正估计框架。
2026-07-14 cond-mat.mes-hall
Hybrid magneto-dynamical modes in a single magnetostrictive nanomagnet on a piezoelectric substrate arising from magneto-elastic modulation of precessional dynamics
磁弹性（或“应变电子”）切换已经成为用于切换磁存储器、逻辑和非布尔电路中的磁致伸缩纳米磁体的磁化的极其节能的机制。在这里，我们研究了超快磁动力学与应变开关在一个单一的准椭圆形磁致伸缩Co纳米磁体沉积在压电PMN-PT基板使用时间分辨磁光克尔效应（TR-MOKE）测量。TR-MOKE中的脉冲激光泵浦束起着双重作用：它引起纳米磁体的磁化关于施加的偏置磁场的进动，并且它还在压电衬底中产生表面声波（SAW），所述表面声波在磁致伸缩纳米磁体中产生周期性应变并调制进动动力学。这种调制引起了有趣的混合磁动力学模式的纳米磁体，具有丰富的自旋波纹理。这些模式的特征频率为5-15 GHz，表明应变可以在远小于1 ns（~100 ps）的时间尺度上影响磁致伸缩纳米磁体中的磁化强度。这可以实现由应变而不是自旋极化电流致动的~10 GHz范围的磁弹性纳米振荡器，以及用于磁振子逻辑电路、全息图等的自旋波的超快磁电生成。
2018-11-27 cond-mat.mes-hall
Straintronics: Manipulating the Magnetization of Magnetostrictive Nanomagnets with Strain for Energy-Efficient Applications
执行信息处理、计算、通信、信号生成和相关任务的愿望，同时尽可能少地消耗能量，激发了许多想法和范例。其中最强大的一个是使用磁致伸缩纳米磁体作为硬件平台的原始单元，并通过电产生的静态或时变机械应变来操纵它们的磁化以引出无数功能的概念。这种方法有两个优点。首先，信息可以在断电后保留在器件中，因为纳米磁体是非易失性的，不像基于电荷的器件，例如晶体管。第二，执行给定任务所消耗的能量非常低，因为用应变改变磁化状态只需要很少的能量。这一领域现在被称为“应变电子学”，类似于电子学、自旋电子学、谷电子学等。我们回顾了应变电子学的最新进展和趋势，包括数字信息处理（逻辑）、信息存储（存储器）、应变畴壁器件、应变skyrmions控制、非布尔计算和应变机器学习，信号产生（微波源）和通信（超小型化的声学和电磁天线）与应变纳米磁体，混合应变子-磁振子，和应变子系统中的声子和磁振子之间的相互作用。我们确定了关键的挑战和机遇，并制定了推进这一领域的途径，使其成为节能系统的主流技术。
2021-07-18 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
The effects of nuclear spins on the quantum relaxation of the magnetization for the molecular nanomagnet Fe_8
通过比较标准Fe_8样品与两种同位素修饰样品的弛豫速率，首次证实了核自旋对分子团簇Fe_8共振量子隧穿的强烈影响：（i）56_Fe被57_Fe取代，（ii）1_H部分被2_H取代.利用最近发展起来的“挖孔”方法，我们测量了由超精细场驱动的内禀展宽。我们的测量结果与数值超精细计算吻合得很好。对于T > 1.5 K，核自旋对弛豫速率的影响不太重要，这表明在较高温度下自旋-声子耦合主导弛豫速率。
2000-01-17 cond-mat.mes-hall
Resonant Acoustic Wave Assisted Spin-Transfer-Torque Switching of Nanomagnets
我们报告的可能性，实现一个数量级的减少能量耗散需要写位在垂直磁隧道结（p-MTJ）通过模拟的磁化动力学下的组合的共振表面声波（r-SAW）和自旋转移矩（STT）。在考虑热噪声的情况下，采用Landau-Lifshitz-Gilbert方程，在宏观自旋假设下，模拟了系统的磁化动力学.磁致伸缩纳米磁体中的共振磁化动力学建立在SAW应用的几十个循环上，其驱动磁化以从垂直方向偏转约45度的锥形旋进。这降低了切换磁化方向所需的STT电流密度，而不会增加STT应用时间或降低在存在室温热噪声的情况下的切换概率。这可以导致实现自旋转移矩随机存取存储器（STTRAM）的能量有效切换的途径，其横向尺寸可以通过采用共振激发而被积极地缩放，尽管使用具有低磁致伸缩的材料。
2019-07-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Modelling nanomagnet vertex dynamics through Coulomb charges
该研究针对人工自旋冰中纳米磁体顶点的磁化动力学问题，构建了用磁荷描述边缘磁化的简化模型，揭示了以零模为标志的磁振子区域与磁化态转变，且经微磁模拟验证模型一致性良好。
2024-04-22 cond-mat.mes-hall physics.comp-ph
Micromagnetic Design of Bias-Free Reconfigurable Microwave Properties in Hexagonal Shaped Multilayer Nanomagnets
本文通过微磁模拟研究六边形多层纳米磁体，利用场初始化方法实现两种剩磁状态，并通过纳秒脉冲场调节磁化动力学，实现亚GHz和GHz区域的可重构频率偏移。
2025-08-06 cond-mat.mes-hall
Insulating nanomagnets driven by spin torque
磁性绝缘体，例如钇铁石榴石（Y $_3$ Fe $_5$ O $_{12}$），由于其低能量耗散和有效的自旋电流产生和传输，是用于超低功率自旋电子学应用的理想材料。最近，人们已经认识到，自旋霍尔效应可以非常有效地驱动微米尺寸的Y $_3$ Fe $_5$ O $_{12}$ /Pt异质结构中的自旋动力学。我们在这里演示的Y $_3$ Fe $_5$ O $_{12}$ /Pt纳米线的自旋动力学的自旋力矩铁磁共振的激发和检测。通过电子束光刻限定的纳米线通过常规室温溅射沉积在Gd $_3$ Ga $_5$ O $_{12 }$衬底上并剥离来制造。我们观察到类场和反阻尼类扭矩作用于磁化进动，这是由于同时激励奥斯特场和自旋霍尔扭矩。在宽的频率和功率范围内对Y $_3$ Fe $_5$ O $_{12}$ /Pt纳米线进行了彻底的研究。我们观察到一个大的变化，在高微波功率的谐振场，这是由于减少有效磁化，由于微波吸收。这些加热效应在所研究的纳米结构中比在可比的微米尺寸的样品中显著得多。通过比较不同的纳米线宽度，磁化动力学的几何约束的重要性变得显而易见：量子化的自旋波模式的宽度的线中观察到的光谱。我们的研究结果是实现基于绝缘体的集成磁振子逻辑器件的第一块垫脚石，其中纳米磁体发挥着至关重要的作用。
2016-10-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.other
Reservoir computing with dipole-coupled nanomagnets
基于偶极耦合纳米磁体的储备池计算的可行性使用微磁模拟被证明。储层由2x 10纳米磁体阵列组成。纳米磁体的静态磁化方向被用作储层状态。为了更新这些状态，我们根据单个位顺序信号改变一个纳米磁体的磁化强度。我们还使用电压诱导的磁各向异性变化来改变其他纳米磁体的单轴各向异性，以增强信息流、存储和线性/非线性计算。执行具有AND、OR和XOR运算的二进制任务以评估磁性阵列储层的性能。发现可训练的并行计算输出矩阵可以执行AND、OR和XOR运算，输入延迟高达3位。
2019-02-14 cond-mat.mes-hall cs.ET
Switching dynamics of a magnetostrictive single-domain nanomagnet subjected to stress
通过求解Landau-Lifshitz-Gilbert方程，研究了面内应力作用下单畴磁致伸缩纳米磁体的磁化强度矢量随时间的演化。应力在时间上线性地斜升，并且切换延迟（其是磁化翻转所花费的时间）被计算为斜升速率的函数。对于高水平的应力，延迟表现出对斜坡速率的非单调依赖性，表明存在{ \it最佳}斜坡速率以实现最短延迟。对于恒定的斜坡速率，延迟最初随着应力的增加而减小，但随后饱和，这表明延迟和应力（或切换中耗散的能量）之间的权衡随着应力的增加变得越来越不利。所有这些特征是由于应力引起的磁化矢量的面内和面外动态之间的复杂相互作用。
2011-03-02 cond-mat.mes-hall
Nanomagnet coupled to quantum spin Hall edge: An adiabatic quantum motor
耦合到量子自旋霍尔边缘的磁性岛的旋进磁化沿着边缘泵送电荷。相反，施加到边缘的偏置电压使磁化进动。我们指出，该装置实现了绝热量子马达，并讨论了其操作的效率的基础上的散射矩阵方法类似于Landauer-B“uttiker理论。散射理论提供了一个微观推导的朗道-Lifshitz-吉尔伯特方程的磁化动力学的设备，包括自旋转移扭矩，吉尔伯特阻尼，和朗之万扭矩。我们发现，该设备可以被看作是一个无刷电机，达到单位效率时，边缘状态的化学势落入磁化诱导的差距。对于更一般的参数，我们的装置的特点是通过一个数字的优点类似于热电的ZT值。
2015-09-08 cond-mat.mes-hall
Nutation spectroscopy of a nanomagnet driven into deeply nonlinear ferromagnetic resonance
磁性纳米结构中的强非平衡态表现出与磁化动力学的非线性性质相关的新特性，这具有重要的基础和实际意义。在这里，我们证明了场驱动的铁磁共振可以发生在前所未有的大角度的磁化进动，这通常是防止由自旋波不稳定性和磁化湍流动力学的发病与大量的空间相干性。我们的研究结果表明，这种限制可以克服纳米磁体，其中的几何约束大大降低了自旋波模式的密度。所获得的深度非线性铁磁共振制度的基础上的应用程序的第二个激发场的一种新的光谱技术进行了探讨。这使得能够谐振地驱动围绕大角度周期性轨迹的慢相干磁化章动。我们的实验结果很好地占了单轴对称系统的分析模型。它们还提供了控制纳米结构中高度非线性磁化动力学的新手段，这在磁性纳米技术的背景下打开了有趣的应用机会。
2019-03-13 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Phonoemissive Spin Tunneling in Molecular Nanomagnets
提出了一种新的机制，如\Fe 8分子纳米磁体的磁化反转。在这个过程中，自旋从一个易磁化方向附近的最低态隧穿到相反易磁化方向附近的第一激发态，随后随着声子的发射而衰变到第二易磁化方向，或者它首先发射声子，然后隧穿到最终态。这种机制是可以想象的最简单的机制，它允许在存在纵向磁场的情况下磁化弛豫，该纵向磁场如此之大，以至于核自旋环境不能吸收能量守恒所需的能量。它被提出作为理解磁化重轴和Landau-Zener-Stückelberg实验的一种方式。计算了所需的费米黄金法则速率和自旋翻转速率，发现这些速率低了几个数量级。因此，在实验中磁弛豫的理解仍然是一个悬而未决的问题。
2011-10-15 cond-mat.mes-hall
Binary information propagation in circular magnetic nanodot arrays using strain induced magnetic anisotropy
纳米磁逻辑已经成为传统CMOS逻辑的潜在替代品，因为它具有优越的能效。纳米磁性逻辑的一种实现方式采用形状各向异性（例如，椭圆形）铁磁体（具有两个稳定的磁化取向）作为依赖于偶极-偶极相互作用来传送二进制信息的二进制开关。通常，圆形纳米磁体与这种方法不兼容，因为它们缺乏独特的稳定的面内磁化取向来编码比特。然而，圆形磁致弹性纳米磁体可以制成双稳态，具有电压诱导的各向异性应变，这为纳米磁性逻辑应用提供了两个显著的优点。首先，形状各向异性能垒被消除，这减少了重新定向偶极子的能量的量。其次，面内尺寸可以减小（~ 20 nm），这在以前由于热稳定性问题而不可能实现。在圆形磁致弹性纳米磁体中，即使在克服热稳定性问题的这种尺寸下，电压引起的应变也使磁化稳定。在本文中，我们分析证明了一个二进制逻辑线实现与一个阵列的圆形纳米磁体，时钟与电压引起的应变所施加的底层压电基板。这导致了优于现有的基于CMOS的逻辑的数量级的节能逻辑范例，其可扩展到比现有的纳米磁性逻辑方法的尺寸小得多的尺寸。的分析方法进行了验证与实验测量上制作的PMN-PT样品偶极耦合镍纳米点。
2016-02-29 cond-mat.mes-hall
Magnetization Dynamics, Throughput and Energy Dissipation in a Universal Multiferroic Nanomagnetic Logic Gate with Fan-in and Fan-out
通过求解Landau-Lifshitz-Gilbert（LLG）方程，模拟了具有扇入/扇出结构的多铁性纳米磁性NAND门的开关动力学，并忽略了热涨落效应.栅极和逻辑线用偶极耦合的2相（磁致伸缩/压电）多铁性元件实现，所述多铁性元件用施加到压电层的~50 mV的静电电势进行计时，从而在磁致伸缩层中产生10 MPa应力以用于切换。我们表明，管道位吞吐率为0.5 GHz是可以实现的，适当的磁铁布局和正弦四相时钟。门操作在2 ns内完成，延迟为4 ns。在此吞吐率下，单个门操作的总（内部+外部）能量耗散在门中仅为~ 1000 kT，在包括用于扇入和扇出的两个输入和两个输出线的12磁体阵列中仅为~3000 kT。这使得它的能量效率分别比基于互补金属氧化物半导体晶体管（CMOS）和基于自旋转移转矩驱动的纳米磁体的NAND门高3和5个数量级。最后，我们表明，在外部时钟电路中的耗散总是可以渐近减少到零，使用越来越慢的绝热时钟，如通过设计的RC时间常数是3个数量级小于时钟周期。然而，如果我们想要执行容错经典计算，则设备中的内部耗散必须保持并且不能被消除。关键词：纳米磁性逻辑，多铁性，应变电子学和自旋电子学，朗道-李夫希茨-吉尔伯特方程。
2011-08-29 cond-mat.mes-hall
